Författare: Site Editor Publish Tid: 2024-10-25 Ursprung: Plats
I modern batteriteknik möter vi ofta termen 'batteribalansering. ' Men vad betyder det? Den grundläggande orsaken ligger i tillverkningsprocessen och materialen som används i batterier, vilket leder till skillnader mellan enskilda celler i ett batteripaket. Dessa skillnader påverkas också av miljön där batterierna arbetar, såsom temperatur och fuktighet. Dessa variationer manifesteras vanligtvis som skillnader i batterispänning. Dessutom upplever batterier naturligtvis självutskrivning på grund av frigöring av aktivt material från elektroderna och potentialskillnaden mellan plattorna. Självladdningsnivåerna kan variera mellan batterier på grund av skillnader i tillverkningsprocesser.
Låt oss illustrera detta med ett exempel: Anta att i ett batteripaket har en cell ett högre laddningstillstånd (SOC) än de andra. Under laddningsprocessen kommer denna cell att nå full laddning först, vilket orsakar resten av cellerna som ännu inte är fulladdade för att sluta ladda för tidigt. Omvänt, om en cell har en lägre SOC, kommer den att nå sin urladdningsspänning först under urladdning, vilket förhindrar att de andra cellerna fullt ut släpper sin lagrade energi.
Detta visar att skillnader mellan battericeller inte kan ignoreras. Baserat på denna förståelse uppstår behovet av batteribalansering. Batteribalanseringsteknologi syftar till att minimera eller eliminera skillnaderna mellan enskilda celler genom tekniska interventioner för att optimera batteriets totala prestanda och förlänga livslängden. Batteribalansen förbättrar inte bara batteriets totala effektivitet, utan förlänger också batteriets livslängd avsevärt. Därför är att förstå essensen och vikten av batteribalansering avgörande för att optimera energianvändningen.
Definition: Batteribalansering avser användning av specifika tekniker och metoder för att säkerställa att varje enskild cell i ett batteripaket upprätthåller konsekvent spänning, kapacitet och driftsförhållanden. Denna process syftar till att optimera batteriets prestanda och maximera dess livslängd genom teknisk intervention.
Betydelse: För det första kan batteribalansering förbättra prestandan för hela batteripaketet. Genom att balansera kan prestationsnedbrytning orsakad av försämring av enskilda celler undvikas. För det andra hjälper balansering att förlänga livslängden för batteripaketet genom att minska spännings- och kapacitetsskillnaderna mellan celler och sänka internt motstånd, vilket effektivt förlänger batteriets livslängd. Slutligen, ur ett säkerhetsperspektiv, kan implementering av batteribalansering förhindra överladdning eller överladdning av enskilda celler, vilket minskar potentiella säkerhetsrisker såsom termisk språng.
Batteridesign: För att hantera prestandakonsekvensen mellan enskilda celler, innoverar och optimerar stora batteritillverkare kontinuerligt inom områden som batteridesign, montering, materialval, produktionsprocesskontroll och underhåll. Dessa ansträngningar inkluderar förbättring av celldesign, optimering av packdesign, förbättrar processkontrollen, strikt att välja råvaror, stärka produktionsövervakning och förbättra lagringsförhållandena.
BMS (Battery Monitoring System) Balanseringsfunktion: Genom att justera energifördelningen mellan enskilda celler minskar BMS inkonsekvensen och ökar den användbara kapaciteten och livslängden för batteripaketet. Det finns två huvudmetoder för att uppnå balansering i BMS: passiv balansering och aktiv balansering.
Passiv balansering, även känd som energispridningsbalansering, fungerar genom att frigöra överskott av energi från celler med högre spänning eller kapacitet i form av värme, vilket minskar deras spänning och kapacitet att matcha andra celler. Denna process förlitar sig huvudsakligen på parallella motstånd kopplade till de enskilda cellerna för att shunt överflödigt energi.
När en cell har en högre laddning än andra sprids överskottsenergin genom det parallella motståndet och uppnår balans med de andra cellerna. På grund av dess enkelhet och låga kostnader används passiv balansering ofta i olika batterisystem. Den har emellertid nackdelen med betydande energiförlust, eftersom energin sprids som värme snarare än att användas effektivt. Ingenjörer begränsar vanligtvis balansströmmen till en låg nivå (cirka 100 mA). För att förenkla strukturen delar balanseringsprocessen samma ledningsnät med insamlingsprocessen och de två fungerar växelvis. Medan denna design minskar systemkomplexiteten och kostnaden, resulterar det också i lägre balanseringseffektivitet och en längre tid att uppnå märkbara resultat. Det finns två huvudtyper av passiv balansering: fasta shuntmotstånd och växlade shuntmotstånd. Den förstnämnda ansluter en fast shunt för att förhindra överladdning, medan den senare exakt kontrollerar växlingen för att sprida överskottsenergi.
Aktiv balansering är å andra sidan en mer effektiv energihanteringsmetod. Istället för att sprida överskott av energi överför den energi från celler med högre kapacitet till personer med lägre kapacitet med hjälp av specialdesignade kretsar som innehåller komponenter som induktorer, kondensatorer och transformatorer. Detta balanserar inte bara spänningen mellan cellerna utan ökar också den totala energianvändningshastigheten.
Under laddning, när en cell når sin övre spänningsgräns, aktiverar BMS den aktiva balansmekanismen. Den identifierar celler med relativt lägre kapacitet och överför energi från högspänningscellen till dessa lågspänningsceller genom en noggrant utformad balancerkrets. Denna process är både exakt och effektiv och förbättrar batteripaketets prestanda kraftigt.
Både passiv och aktiv balansering spelar kritiska roller för att öka batteriets användbara kapacitet, förlänga livslängden och förbättra den totala systemeffektiviteten.
När man jämför passiv och aktiv balanseringsteknik blir det tydligt att de skiljer sig väsentligt i sin designfilosofi och genomförande. Aktiv balansering involverar vanligtvis komplexa algoritmer för att beräkna den exakta mängden energi att överföra, medan passiv balansering förlitar sig mer på att noggrant kontrollera tidpunkten för switchoperationer för att sprida överskott av energi.
Under hela balansprocessen övervakar systemet kontinuerligt förändringar i parametrarna för varje cell för att säkerställa att balanseringsoperationerna inte bara är effektiva utan också säkert. När skillnaderna mellan celler faller inom ett fördefinierat acceptabelt intervall kommer systemet att avsluta balanseringsoperationen.
Genom att noggrant välja lämplig balansmetod, strikt kontroll av balanshastigheten och graden och effektivt hantera värmen som genereras under balansprocessen, kan batteripaketets prestanda och livslängd förbättras avsevärt.
